Біологічна дія іонізуючого випромінювання

Біологічна дія іонізуючого випромінювання” План 1. Основи біологічної дії іонізуючих випромінювань. 2. Первинні процеси дії іонізуючих випромінювань. 3. Деякі міри захисту від зовнішнього і внутрішнього опромінення 4. Розрахунок захисту і захисні матеріали Основи біологічної дії іонізуючих випромінювань Іонізуюче випромінювання на перший погляд зовсім не

еквівалентне величині поглинутої енергії. Дійсно, летальна доза для ссавців складає близько 10 Гр (1 000 рад). Поглинута при цьому тканинами й органами енергія могла б підвищити температуру тіла всього на тисячні частки градуса. Ясно, що таке підвищення температури не може викликати настільки вираженого ефекту руйнування; у той же час безпосередньо прямі порушення в хімічних зв'язках біологічних молекул у клітинах і тканинах, що виникають слідом за опроміненням, незначні.

У зв'язку з зазначеними обставинами в даний час висувається гіпотеза про можливість існування в клітинах ланцюгових автокаталітичних реакцій, які підсилюють первинну дію опромінення. Поява в клітинах позитивних зворотних зв'язків, підтримується незалежно від існування причини їх виникнення. Процеси взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною клітин приводять до утворення в клітинах

іонізованих і збуджених атомів й молекул, які тривалий час взаємодіють між собою і з різними молекулярними системами, даючи початок хімічно активним центрам (вільні радикали, іони, іон - радикали й ін.). У цей же період можливе виникнення розривів зв'язків у молекулах як за рахунок безпосередньої взаємодії з іонізуючим агентом, так і за рахунок внутрішньої міжмолекулярної передачі енергії порушення.

Надалі мають місце реакції хімічно активних речовин з різними біологічними структурами, при яких відзначається як деструкція, так і утворення нових не властивих, для організму сполук. Наступні етапи розвитку променевої хвороби проявляються в порушенні обміну речовин у біологічних системах із зміною відповідних функцій. Явища, що відбуваються на початкових фізико-хімічних етапах променевого впливу, прийнято називати первинними або пусковими, оскільки саме вони визначають весь подальший хід

розвитку променевих ускладнень. Первинні процеси дії іонізуючих випромінювань При опроміненні біологічних об'єктів, які містять воду, що знаходиться частково у вільному стані, а частково входить до складу органел відповідних біологічних систем, прийнято вважати, що 50% поглиненої дози в пересічній клітині приходиться на воду, інші 50% на її органели і розчинені речовини. Відповідно до локалізації поглиненої енергії (у воді

або в основній речовині) можна говорити про пряму і непряму дію іонізуючого випромінювання. При взаємодії іонізуючого випромінювання з водою в кінцевому підсумку відбувається вибивання електронів з молекул води з утворенням так званих молекулярних іонів, що несуть позитивний і негативний заряд. Схематично цей процес можна подати в такий спосіб: H2O → H2O+ + e e - + nH2O → e –гідрат де е –гідрат. – гідратований електрон.

В більшості випадків електрони, які виникають в першій реакції, стають гідратованими, тобто оточеними нейтральними молекулами води. Гідратований електрон є однією із головних відновних форм в опромінених водних розчинах. Утворені іони води у свою чергу розпадаються з виникненням цілого ряду радикалів, які також взаємодіють між собою: Вважається, що основний ефект променевого впливу на водні розчини в біологічних системах

обумовлений такими радикалами, як Н+, ОН- і особливо Н3О+ . Останній радикал, має високу окисну здатність. Вихід цього радикала зменшується пропорційно падінню парціального тиску кисню. Цим пояснюється кисневий ефект опромінення, суть, якого полягає в тому , що при зниженні концентрації кисню в клітинах в період опромінення зменшується ефект променевого впливу.

Кисневий ефект відсутній при опроміненні біологічних об’єктів нейтронами. При опроміненні води важкими частинками іонізаційні ефекти в клітинах досить інтенсивні. Це є причиною локального сполучення радикалів з утворенням Н2 і Н2О2. При опроміненні електронами й гамма-квантами води, яка міститься в клітинах спостерігається досить низька густина іонізації. Це призводить до зростання швидкості дифузії радикалів з утворенням

НО2, і О В дуже чистій воді не відбувається розкладання молекул під дією гамма-квантів і рентгенівського випромінювання. В цьому випадку спостерігається стійка рівновага швидкості дисоціації й рекомбінації. Деякі міри захисту від зовнішнього і внутрішнього опромінення Як уже відзначалося, біологічний вплив різних видів випромінювання є неоднозначним, тобто та сама поглинена доза гамма - й альфа - випромінювання приводить до різного

біологічного ефекту. З метою відповідної стандартизації наслідків впливу різних видів випромінювання за їх біологічною ефективністю введено поняття "відносної біологічної ефективності" випромінювання й еквівалентної доза опромінення, одиницею якої є зіверт (Зв). Характер радіаційного впливу на живий організм визначається не лише видом випромінювання, але й тим, чи було опромінення зовнішнім або внутрішнім. Радіоактивні речовини можуть знаходитися поза організмом

і опромінювати його зовні; у цьому випадку говорять про зовнішнє опромінення. Якщо ж вони є у повітрі, яким дихає людина, або у їжі чи воді і попадають усередину організму, то відбувається внутрішнє опромінення тканин. В середньому приблизно дві третини ефективної еквівалентної дози опромінення, яке людина одержує від природних джерел радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапили в організм

із їжею, водою або повітрям. Перш ніж потрапити в організм людини радіоактивні речовини проходять по складних маршрутах у навколишньому середовищі і це приходиться враховувати при оцінюванні доз опромінення, отриманих від якого-небудь джерела. Радіоактивні речовини, що випадають на поверхню землі, включаються в біологічний кругообіг речовин, насамперед через рослини. Серед різних продуктів поділу особливо велике значення має включення в біологічний кругообіг речовин

радіонуклідів стронцію і насамперед Sr, що має тривалий період напіврозпаду. При будь-якому способі попадання в організм стронцій міцно фіксується в ньому і дуже повільно виводиться. Одним з істотних бар'єрів, які перешкоджають включенню продуктів поділу в біологічний цикл, є ґрунт, що їх зв’язує. На відміну від більшості продуктів поділу Sr порівняно легко зв’язується з катіонами нейтральних солей, що полегшує його надходження в рослини

і нагромадження у вирощеному врожаї. З метою скорочення надходження Sr і деяких інших радіонуклідів в організм людини і тварин необхідно знижувати інтенсивність їх залучення в біологічний кругообіг через рослини. Оскільки Sr концентрується, як правило, у верхньому шарі ґрунту товщиною близько 5 см (до 70% - 80%), його можна перевести глибокою оранкою в нижні шари

ґрунтового шару, до яких не доходить коренева система рослин. На глибині 25-30 см він не буде сильно впливати на життя рослин. Необхідно відзначити також, що застосування деяких агротехнічних заходів, таких, як внесення в ґрунт органічних добрив суттєво знижує надходження в рослини Sr. Необхідно також прийняти заходи, що запобігають надходження в організм радіоактивних речовин

із харчовими продуктами і водою. Запаси харчових продуктів і води слід зберігати в закритих - водонепроникних ємностях. Якщо запаси продуктів виявилися забрудненими і виникне необхідність споживання забруднених продуктів, то їх необхідно піддати дезактивації. Наприклад, достатньо свіжі фрукти й овочі обмити водою або зняти

з них шкірку. Погано дезактивуються продукти, які мають пористу поверхню, вони підлягають знищенню або тривалому відлежуванню. Молоко від корів, що знаходяться в зоні радіоактивного забруднення, у зв'язку з наявністю в ньому радіоактивного йоду, можливо, виявиться непридатним для вживання в їжу, тому що радіоактивність молока може зберігатися протягом декількох тижнів. При забрудненні водойм радіоактивні речовини можуть надходити в організм людини завдяки біологічним

ланцюжкам вода - водорості, планктон - риба - людина, якщо водойма безпосередньо служить для питного водопостачання, то по ланцюжку вода - людина. На водопровідних станціях питна вода, яка збирається в підземних резервуарах, може бути очищена від радіоактивних речовин шляхом осадження колоїдних частинок з наступною фільтрацією. Питна вода, одержана з підземних криниць або збережена в герметичних ємностях, звичайно не піддається забрудненню радіоактивними речовинами.

Серед заходів щодо скорочення надходження радіоактивних речовин в організм людини важливе місце приділяється використанню засобів захисту органів дихання. Для цієї мети придатні в першу чергу респіратори різних типів (Р-2, Р-2д, "Пелюсток", "Астра" і інші). При відсутності респіраторів можуть бути використані протигази або найпростіші засоби захисту органів дихання , такі, як проти пилова маска, ватно-марлева пов'язка й

інші. Застосовуються ці засоби в період випадання радіоактивних опадів і протягом ще декількох наступних діб, доки радіоактивні речовини можуть попадати в повітря у результаті вторинного пилоутворення, маючи при цьому ще досить високу активність. Основними правилами, які визначають характер захисту від γ - випромінювання на забрудненій території є: • Потужність дози γ - випромінювання найбільш висока на початку після випадання

радіоактивних опадів, тому захист від γ - випромінювання необхідно здійснювати буквально з першої години, навіть з перших хвилин випадання радіоактивних опадів. Початок випадання виявляється різким підвищенням рівня радіації; • Перебування в будь-якому будинку або споруді знижує дозу γ – опромінення на величину коефіцієнта ослаблення γ – випромінювання будинком або спорудою; •

Внаслідок того, що потужність дози γ - випромінювання знижується швидше на початку забруднення, укриття людини в спорудах з відомим коефіцієнтом ослаблення має бути по можливості тривалим. У першу добу після випадання радіоактивних опадів укриття рятує людину від дії випромінювання в значно більшій мірі, ніж у другу і тим більше в наступну добу. На підставі цих правил можна зробити важливий висновок: для надійного захисту людини від зовнішнього

γ - випромінювання на забрудненій території доцільно знати, що найвища загроза опромінення існує лише в перші години після забруднення території. Ці перші години слід перебувати в приміщеннях з найвищим коефіцієнтом захисту. Розрахунок захисту і захисні матеріали